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考慮到鋰離子電池的原料稀缺性、高成本和長(zhǎng)期使用的安全性，美國(guó)倫斯勒理工學(xué)院的一組研究人員近期提出了一種更環(huán)保、更高效、更便宜的能源存儲(chǔ)替代方案。

在最近發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》（PNAS）上的一項(xiàng)研究中，該團(tuán)隊(duì)斷言，鈣離子可以作為鋰離子的替代品，因?yàn)樗控S富，成本低。


該研究論文通訊作者Nikhil Koratkar表示，“絕大多數(shù)可充電電池產(chǎn)品都是基于鋰離子技術(shù)，這是性能方面的黃金標(biāo)準(zhǔn)。然而，鋰離子技術(shù)的致命弱點(diǎn)是成本。鋰是地球上的一種有限資源，近年來(lái)其價(jià)格大幅上漲。

“我們正在研究一種廉價(jià)、豐富、安全、可持續(xù)的電池化學(xué)物質(zhì)，即在水基電解液中使用鈣離子。”他補(bǔ)充說(shuō)。

相較于鋰離子，鈣離子的體積更大、電荷密度更高，但可能會(huì)損害循環(huán)穩(wěn)定性。因此，該團(tuán)隊(duì)提出含有大空隙的氧化物結(jié)構(gòu)（七角形和六角形通道），是一種有前景的解決方案。

該研究展示了一種水基鈣離子電池，使用正交晶和三角晶型的氧化鉬釩（MoVO），作為鈣離子的“宿主”。

經(jīng)過(guò)測(cè)試，該團(tuán)隊(duì)證明，鈣離子可以從材料中快速插入和提取。這些通道充當(dāng)了可逆和快速離子傳輸?shù)?ldquo;管道”。研究結(jié)果表明，MoVO提供了迄今為止最佳的鈣離子存儲(chǔ)性能之一。

研究人員還指出，鈣離子相較于鋰離子還有一個(gè)優(yōu)勢(shì)：前者是二價(jià)的，因此在電池運(yùn)行過(guò)程中，每次插入一個(gè)離子，就可提供兩個(gè)電子。這將使得同樣效率的鈣離子電池?fù)碛懈〉馁|(zhì)量和體積。

Koratkar說(shuō)，“在不遠(yuǎn)的將來(lái)，鈣離子電池可能會(huì)在某一天取代鋰離子技術(shù)，成為為我們的社會(huì)提供動(dòng)力的化學(xué)電池。”

“這項(xiàng)工作可以引領(lǐng)一種新的高性能鈣基電池，使用地球上豐富和安全的材料，因此是負(fù)擔(dān)得起和可持續(xù)的。這種電池可以廣泛應(yīng)用于便攜式和消費(fèi)電子產(chǎn)品、電動(dòng)汽車，以及電網(wǎng)和可再生能源存儲(chǔ)。”他補(bǔ)充道。

原標(biāo)題：儲(chǔ)量高、成本低 美專家：鈣離子電池取代鋰電指日可待